Komposiitmaterjalide ajalugu
Komposiitmaterjalid on muutnud meie asjade ehitamise viisi. Komposiitmaterjalid on tootmismaailmale tohutult mõju avaldanud alates inseneriimedest nagu Burj Khalifa Dubais kuni igapäevaste toodeteni, nagu näiteks talvel kasutatavad suusad. Käesolevas artiklis vaatleme üksikasjalikult komposiitmaterjalide ajalugu, nende tüüpe ja kasutusalasid koos viidete ja linkidega.
Varaseim teadaolev komposiitmaterjalide kasutusala pärineb Vana-Egiptusest, kus ehituses kasutati põhuga tugevdatud mudatellisi. Hiljem hakkasid pärslased kasutama komposiitvibusid ja suutsid tulistada nooltest kaugemale ja täpsemalt kui nende vaenlased. Komposiitmaterjalide kasutamine arenes edasi sajandite jooksul, esimene plastkomposiitmaterjal ilmus 1866. aastal, kui Alexander Parkes tutvustas "Parkesiini", mis oli tselluloosist valmistatud plastik.
Alles 1930. aastatel hakkasid tekkima tänapäevased komposiitmaterjalid, mida me täna tunneme. Selle aja jooksul töötati välja selliseid materjale nagu bakeliit ja polüestervaigud. Bakeliit oli esimene sünteetiline plast, samas kui klaaskiu valmistamiseks kasutati polüestervaiku. See materjalide kombinatsioon oli revolutsiooniline, kuna võimaldas valmistada kergeid, vastupidavaid ja tugevaid tooteid ning leidis kiiresti oma kasutusalad kosmosetööstuses.
Teise maailmasõja järgsel ajastul hoogustus komposiitmaterjalide kasutamine tänu lennundustööstuse vajadusele lennukites tugevate ja kergete materjalide järele. Uute täiustatud kiudude loomine 1960. aastatel, nagu süsinikkiud, tõstis komposiitmaterjalid tootmises esirinnas. Süsinikkiudkomposiidid on praegu kõige populaarsem komposiitide tüüp tänu nende tugevusele, vastupidavusele ja väikesele kaalule. Tänapäeval leidub komposiitmaterjale peaaegu kõigis tööstusharudes, nende kasutusala ulatub tarbekaupadest kõrgtehnoloogiliste rakendusteni, nagu sõjavägi ja kosmoseuuringud.
Komposiitmaterjalide tüübid
Komposiitmaterjale on erinevat tüüpi ja erineva koostisega. Neli kõige levinumat komposiitide tüüpi on:
1) Polümeermaatrikskomposiidid (PMC): need on valmistatud maatriksmaterjali (nt plasti või kummi) kombineerimisel kiudtugevdusmaterjaliga, nagu klaas või süsinikkiud. Selle tulemuseks on tugev ja kerge materjal, mis talub suuri koormusi.
2) Metallmaatrikskomposiidid (MMC): valmistatud metallide, nagu alumiinium või magneesium, kombineerimisel keraamilise tugevdusega nagu ränikarbiid. MMC-d on ideaalsed kõrge temperatuuriga rakendustes.
3) Keraamilised maatrikskomposiidid (CMC): need on valmistatud keraamiliste kiudude kombineerimisel keraamilise maatriksiga. CMC-d on kõrgel temperatuuril uskumatult tugevad ja neid leidub sageli kosmoserakendustes.
4) Süsinik-nanotorudega tugevdatud komposiidid: süsinik-nanotorud on uskumatult tugevad ja kerged ning neid saab kasutada erinevate materjalide, sealhulgas plastide, metallide ja keraamika tugevdamiseks.
Komposiitmaterjalide kasutusalad
Komposiitmaterjalidel on lai kasutusala igapäevatoodetest kõrgtehnoloogiliste rakendusteni. Mõned komposiitide levinumad kasutusalad on järgmised:
1) Lennundustööstus: lennundus- ja kosmosetööstus sõltub nende tugevuse ja väikese kaalu tõttu suuresti komposiitmaterjalidest. Neid materjale kasutatakse lennuki tiibades, keredes, mootorites ja muudes komponentides.
2) Tarbekaubad: Komposiitmaterjale, nagu klaaskiud ja süsinikkiud, kasutatakse sellistes toodetes nagu paadid, suusad ja jalgrattad, mis pakuvad paremat jõudlust ja vastupidavust kui traditsioonilised materjalid.
3) Autotööstus: komposiitmaterjalide kasutamine autotööstuses on viimastel aastatel suurenenud, mis on toonud kaasa kergemate ja kütusesäästlikumate sõidukite valmistamise.
4) Ehitustööstus: ehituses kasutatakse üha enam komposiitmaterjale, nende kasutusalad ulatuvad sarrusbetoonist kuni struktuursete isoleeritud paneelide (SIP) loomiseni.
Järeldus
Kokkuvõtteks võib öelda, et komposiitmaterjalidel on põnev ajalugu, mis ulatub sajandeid. Alates õlgedega tugevdatud mudatellistest Vana-Egiptuses kuni kaasaegse ajastu täiustatud süsinikkiudkomposiitideni on need materjalid jõudnud kaugele. Nad on leidnud ulatuslikke rakendusi erinevates tööstusharudes, alates tarbekaupadest kuni kõrgtehnoloogiliste sõjaliste ja kosmoserakendusteni.
Komposiitmaterjalide areng on olnud pideva uurimistöö ja innovatsiooni tulemus, mis on viinud unikaalsete omaduste ja kasutusviisidega uut tüüpi komposiitide väljatöötamiseni. Kuna me jätkame oma arusaamist nendest materjalidest, kasvavad nende rakendused, mis toob kaasa täiendavaid edusamme neile tuginevas töötlevas tööstuses.
Viited:
1. "Komposiitide lühiajalugu." Komposiitmaterjalide tootmise ajakiri.
2. "Materjaliteadus ja tehnika: esimene kursus." V. Raghavan.
3. "Komposiitmaterjalid lennundus- ja kosmosetööstuses kasutamiseks." National Academies Press.
4. "Komposiitide tootmine: materjalid, toote- ja protsessitehnoloogia." Sanjay Mazumdar.
5. "Süsinikkiudkomposiitmaterjal ja selle rakendused." Toray täiustatud komposiidid.
6. "Kuidas komposiite tehakse." Ühendkuningriigi komposiidid.
7. "Komposiitmaterjalid lennunduses ja kaitses." Firma Boeing.
